截齿排布螺旋线对纵向截割头性能的影响
对截割头截齿焊接定位方法设计分析
对截割头截齿焊接定位方法的设计分析摘要：通过对截齿在截割头体上排列法则的研究，确定齿尖定位的参数，在实践中设计一种以此参数为依据进行齿座焊接的工艺装置，可更高效、更精准的定位焊接截齿座。
关键词：截齿座定位参数螺旋线中图分类号：s611 文献标识码：a 文章编号：前言截割头主要功能是破碎和分离煤岩，目前，截割头上的截齿座能否准确焊接定位已成为决定掘进机性能的主要因素之一。
公知截割头截齿排列复杂，定位参数繁多，传统的定位方法只是靠人工量尺的方法，操作繁琐、误差较大、制作周期长，而且后续质检工序难以进行。
相对于传统方法，现有一种自动化机械手安装定位设备，但设备采购价格昂贵，不适用于小批量生产。
因此研制一种经济适用新型截割头截齿座安装定位仪是急需解决的新课题。
1 定位参数的确定首相给出一个包络面的定义，为用于放置截齿齿尖的旋转曲面。
用一个光滑的旋转曲面放置截齿有利于减少截齿在截割过程中的的载荷不均。
包络面的母线反映了沿截割头轴线方向齿尖所在半径的变化规律，对包络面的设计实际就是对包络面母线的设计，截割头包络面一般分为主切削段和过渡段两部分。
目前，纵轴式掘进机截割头形状为圆柱体、圆锥体和球冠体的组合，抛面体和球冠的组合，其主切削段包络面母线为直线段或者抛物线，过渡段包络面母线为圆弧段。
通过对现有掘进机包络曲线研究和建立相应的曲线数学方程，得知一个完整截割头包络曲线是由几段不同曲线组成。
即截割头分为圆柱面、圆锥面和球面。
截齿齿尖在三段曲面上成三条螺旋线排布，因此截齿及齿座的安装定位设计是三维空间设计，除齿尖轴向距离z、截割半径r和圆周角θ外，还包括齿座的三维空间姿态角度参数倒角β、转角α、切削角δ（45°）。
常规的设计方法很难适用，需借助空间几何模型找出定位方法。
（如图1）图1 截割头模型2 齿座焊接定位装置结构及特征截齿座三维空间范围内定位关系复杂，在生产焊接组立过程中很难准确保证各个定位参数符合图纸要求。
截齿排布圆周角对纵轴式掘进机截割头设计性能的影响
ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｕ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ ｌ ｏ ａ ｄ ｉ ｓ ｂ ｅ ｔ ｔ ｅ ｒ ．Ｔ ｈ ｅ ｓ ｉ ｍ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ａ ｔ ｔ ｈ ｅ Ｑ ｃ － ｔ ｙ ｐ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｈ ｅ ａ ｄ ｉ ｓ ｓ ｕ ｐ ｅ ｉ ｒ ｏ ｒ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ
ｐｉ ｃ ｋ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ａ ｎｄ ｔ ｈ ｅ ＵＣ— ｔ ｙ ｐ ｅ ｗｉ ｔ ｈ ｕ ｎ ｅ ｖ ｅ ｎ ｐ ｉ ｃ ｋ ｓ ｐ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕ ｍｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｉ ａ ｌ ａ ｎ ｇ ｌ ｅ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ
Ｚｈａ ｎ ｇ Ｍｅ ｎ ｇ— ｑ ｉ ’
（ １ ． Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ｏ ｆ Ｃ Ｃ Ｔ Ｅ Ｇ， Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ６， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ；
２ ． Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｙ ｆ ｏ ｒ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｍｉ ｎ ｉ ｎ ｇ Ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｙ， ｒ Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
掘进机截割头设计分析
பைடு நூலகம்关键 词
截 割 头； 头体 ； 螺 旋叶 片； 截齿
条件 、截 割速 度等 因素 。 另外 ，在 基础研 究 方面也 比较薄 弱 ，适 合我 国煤 矿地 质条件 的 截割载 荷谱 没 有建立 ，没 有完 整的 设计理 论 依据 ，计 算机 动态仿 真等 方面 还处 于空 白 ； 在元部 件 可靠性 、截 割方 式和 新型 式 的合金 刀 头材 料 等 核心 技 术 方 面 与 国外 有 较 大 差
指 导数 据 。后 面工作 中将 进行 计算 机模拟 ， 找 出理 想 状态 下 ，截 割头 长度 、直 径 、螺旋 线头数 、螺旋 间距 、螺旋 升 角和截 齿排 列等 之 间内在 关系 ，将最 优 的结果 应用 到工程 实 践 ，来 验证 设计 效果 。
２截 割头 的直 径
截 割 头 在 设 计 时 直 径 一 般 按 头 体 加 上 截齿 的大 径 。截割 头直 径 的大 小直接 影 响截 齿 的受 力 ，直 径越 大 ，截 齿阻 力也越 大 ，单 位 时 间 截 割 效 率 也 越 高 ，但 截 齿 磨 损 也 严 重 ，经济 效益 不好 ；截 割头 直径 小 ，影 响效 率 ，掘 进 进 尺 少 。 根 据 实 际 使 用 和 设 计 经 验 ，截割 头 直径 一 般在 ９ ０ ０ ｍｍ ～１ ２ ０ ０ ｍｍ之 间。
进 机截 割 头使 用现状 ，给 出 了截割 头设 计的
引言
掘 进 机 是 集 截 割 、装 运 、行 走 、操 作 等功 能干 一体 ，主要 用于 截割 任意 形状 断面 的井 下岩 石 、煤或 半 煤岩 巷道 。工 作时 ，截 割头 把岩 石切 割破 落 下来 ，装 载机 构把 破碎 的岩 渣转 运至 机尾 部 卸下 ，由后 面 的矿 车或 皮带 运走 ，从 而大 大 地降 低 了工人 的劳 动强 度 ，缩短 劳动 时 间 ，提 高 掘进进 尺 。 截 割 头 是 掘 进 机 关 键 部 件 ，其 功 率 消 耗 占据 了整 机效 率 的 ８ ０ ％左右 。 截割 头分 为 纵 轴 式和 横轴 式 ，纵轴 式采 用铣 削 原理 破坏 煤岩 ，而 横轴 式 则靠 剥削方 式破 坏 岩层 。 由 于 破 坏煤 岩机 理不 同 ，纵轴 式 主要 用于 较硬 岩石 ，而 横轴 式 则用于 较软 岩石 ，因此 纵轴 式 掘 进机 市场 需求 量也 大得 多 。本 文主 要分 析 纵轴 式 掘进 机 的截割 头 。 纵 轴 式 掘 进 机 截 割 头 由头 体 、截 齿 、 截 齿座 和 螺旋 叶片 组成 。 头 体 通 常 有 圆锥 形 、 圆柱 形 和 圆锥 加 圆柱 三种形 式 。 圆锥形 截割 头利 于 钻进 工作 面 ，但 由于 垂直 于 头体 母线 布置 的截 齿是 向 前 倾斜 ，当截割 头 摆动 截割 时 ，截 齿承 受较 大 的侧 向力 ，截 齿 容 易折断 ；圆柱形 头体 则 不 容 易钻进 工 作面 ，同时 ，截割 出 的底板 和 顶 板 呈 锯 齿形 ，支 护 困 难 ，增加 了 辅 助 时 间 ，增 加 了劳动 强 度 ；而 圆锥加 圆柱 则较 好 的 解决 了截 齿 易断 和不 利于 钻进 工作 面 的问 题 。 目前掘 进机 截 割头 设计 时主 要采 用 圆锥 加 圆柱 的形 式 。 截 齿 则 分 为 刀 形 齿 和 镐 形 齿 ，刀 形 齿 采 用径 向安 装 ，刀体 部分 承 受较 大弯矩 ，刀 体 需要 很高 的强 度 ；而镐 形 齿截割 阻力近 于 截 齿轴 线方 向 ，齿 的弯矩 小 ，固定 简单 ，设
不同形状截割头截齿排列的参数化设计
将该图向左或向右旋转 90°,即可适用于横轴 式掘进机截割头 ,即
tanα = vz / vr。 取 s为绕 z轴回转的弧长 , r为动点所在的回转体半 径 , <为动点转角 ,由 vz = dz / d t、vr = ds / d t得 :
表 1 设计参数 Table 1 D esign param eters
母线 形状
截割头 大端半 半锥角 / 长 /mm 径 /mm ( °)
排列 方式
α/ ( °) m 0 截齿数
直线 +
圆弧
750
440
16 顺序式 1317 2 22 + 18
直线 +
椭圆弧 740
420
14 交叉式 1510 2 24 + 14
况如图 2所示 。
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黑 龙 江 科 技 学 院 学 报 第 19卷
图 2 椭圆弧所受约束 F ig. 2 Con stra ined elliptic arc
将两个约束条件代入可得 :
( z0
+ a2
c)
k
+
r0 b2
= 1,
c2 a2
+
r20 b2
z = f ( r) ,
r= g (<) ,
则螺旋线圆柱坐标方程 ( r, <, z) 。
111 常用母线的螺旋线方程
截割头包络面常用的母线有直线 、抛物线 、圆
弧 、椭圆弧等 。将各母线方程代入式 ( 1 ) 便可得到
对应的关系式 r = g ( < ) , 再代入式 ( 2)即可求出该
纵轴式掘进机截割头的设计
纵轴式掘进机截割头的设计作者：廉浩冯健来源：《中国新技术新产品》2014年第03期摘要：本文介绍了纵轴式掘进机截割头的设计原则，讨论了提高截割头截割效率的合理方案，提供了设计用的主要数据。
关键词：截割头；设计原则；截割效率中图分类号：TD42 文献标识码：A1 概要本文以纵轴式掘进机的截割头为研究对象。
截割头是掘进机的关键部件，它直接参与对工作面的掘进工作。
其设计参数较多，这些参数之间互相影响和制约，同时截割头的设计质量的好坏决定了掘进机整机的截割性能，这对截割头的使用寿命，以及整机的稳定性和可靠性都有着直接的影响。
2 工作原理掘进机的工作过程是：操纵行走机构向工作面推进，使截割头在工作面的左下角钻入，水平摆动油缸使截割头横向截割到巷道的右侧。
然后利用升降油缸把截割头上升接近等于截割头直径的距离，并使截割头向巷道左侧截割。
如此往复截割运动，截割头就可以完成整个工作面的截割。
当然掘进机的截割方式与掘进巷道断面的大小，形状，煤岩的分布情况有关。
在截割头截落煤岩后，由装运机构将其装进掘进机中间的输送机构，再最终装进矿车或巷道输送机。
因此，纵向截割头通常的截割过程可以总结为纵向钻进、水平摆动截割和垂直摆动截割三种工作方式。
3 结构研究3.1 影响设计的因素如果能保证在旋转截割的过程中，使参加截割的每个截齿都截割相同大小的煤岩，让各截齿的受力相等、运行平稳，并且产生的磨损也基本相同，这样的截割头设计是最理想的。
但是有很多因素影响截割头的设计，主要有以下几个方面：（1）煤岩自身的性质，主要有抗截强度、硬度、磨蚀性、坚固性系数等；（2）截割头的结构参数，主要有截割头的几何形状、外形尺寸、截齿排列、截齿数量以及截线间距等；（3）截割头的工艺性参数，主要有摆动速度、截割头转速、切削厚度、切削深度等。
在截割头的设计上，这些因素的影响并不是孤立的，它们之间相互关联和制约。
3.2 结构形式3.2.1 外形截割头的外形是指截割头的几何形状，它是由截齿的齿尖所形成的外部轮廓，通常称为截割头包络面。
掘进机截割头的优化设计
掘进机截割头的优化设计作者：李龙来源：《科技探索》2014年第02期摘要：通过改变截割头的形状、截齿排列，来改善截割头的性能。
关键词：掘进机截割头截齿排列1 概述：掘进机作为巷道掘进设备，在矿山开采中起着重要的作用，截割头是掘进机的重要组成部分，在截割过程中，消耗整机的大部分功率。
截割头结构复杂，装配参数较多，这些参数直接影响截割头性能。
掘进机截割头在使用过程中，发现截割头有偏磨现象，截齿磨损严重，截齿更换频繁，有时还必须补焊齿座，截割头螺旋叶片和尾部磨损快等问题。
严重影响掘进机的截割性能。
分析原因：影响截齿和齿座磨损的因素主要有材料的耐磨性能，截割头外形及外径、截齿的形状及排列，内喷雾系统，截割岩石的地质条件和使用操作等，尤其是截齿排列对截齿磨损和截割头效率有很大影响，介绍图解法分析截齿排列。
2 几何参数2.1 外形尺寸的确定根据EBZ-160掘进机截割范围及效果的原则，截割头的最大外径D=1120mm，总长度为L=900mm。
2.2 截齿数量的确定根据资料查找及截割头的最大长度来确定截齿数为36个。
2.3 截齿在截割头上的仰角a的确定该截割头上的仰角对整机的截割效率和截齿的磨损起决定性的作用。
为了达到最佳的截割力传递，截齿安装的范围一般取a=45一48°，在此取a=46°。
2.4 螺旋线头数的确定为了使该截割头既有较强的截割力，又能较顺利地排屑，将截齿排列呈螺旋线状，因单头螺旋升角过小，排屑困难而不能选取，故选择双头螺旋排列。
3 截齿的布置方法3.1 设计原则3.1.1沿截割头体的轴线采用等间距均匀布置。
该间距称之为截距t，一般推荐取值范围为：t=20～50mm。
它与煤岩性质有关，截割硬度低的煤层时取大值，截割硬岩时取小值，中硬煤岩层，一般取t=25mm。
该，保证截割平稳，保证每个单齿等均匀磨损。
3.1.2沿截割头体的周向采用等角度均匀布置。
该角度称之为周向角θ，其原因、布置方法和目的与上述相同，它与布置的总截齿数相关，一般推荐取值范围为：θ=10°左右。
截齿与截割参数对掘进机工作效率的影响
技术交流1：截齿与截割参数对掘进机工作效率的影响掘进机的综合工作效率（截割能力及速度、故障率、易损件消耗率）直接影响掘进工作的进度与经济性，也是用户最关心的问题。
一、截齿对掘进机工作效率的影响：截齿的失效对工作效率影响较大，过早的、频繁的截齿失效会引起用户的强烈抱怨。
截齿是易损消耗件，工作时与岩石直接作用，要求有足够的硬度、耐磨、耐冲击、抗疲劳损坏。
个人认为截齿的失效有三方面原因：截齿选型不当；正常磨损；截割参数不当。
1. 截齿选型：主要是对截齿的类型与生产厂家的选择。
不同类型的截齿其磨损方式与寿命差异都很大（见图2），选择适当类型的截齿很重要。
图中表明：磨损、合金折断、截齿丢失是截齿失效的主要形式。
实际使用表明：软质煤或夹歼少的矿，截齿失效以多次磨损为主；硬质煤或夹研多的矿多以合金头崩碎、丢失和杆断为主。
截齿的型号主要根据所采煤炭硬度、齿座型号等因素划分为：U96HDLR，U92 DLR，U94HDLR，U84HDLR，U76HD，U765HD等型号，如有特种型号可定量生产。
结论：①为保证截齿的截割及刀具寿命,原型机可考虑选用进口截齿，如山特维克、澳大利亚时代矿业服务公司生产的，这些著名采矿设备公司不仅生产掘进机，还有专门的子公司生产截齿，有丰富的设计制造使用经验；售后服务时截齿备件可采用进口与国产两种，由用户根据自身需要选择。
②掘进机可考虑采用两种以上不同的刀盘头，装有不同的截齿（刀具角度及尺寸不同），分别适用于不同硬度（软、硬、特硬）的岩石，根据现场实际情况换装，从而更好地解决截齿磨损问题。
这就要求在选择截齿时，要清楚岩石硬度，可考虑掘进机自带一套岩石简易硬度测量仪，以确定安装哪种类型的刀盘头。
2、正常磨损是不可避免的。
可加强冷却及采用合理的截割参数等措施降低。
二、截割参数对掘进机工作效率的影响：截割参数不仅对截齿的损耗影响很大，而且对掘进机整机平稳受力产生决定性影响，更重要的是关系截割进度。
关于纵轴式掘进机截割头主要参数的研究
关于纵轴式掘进机截割头主要参数的研究摘要本文通过对纵轴式掘进机截割头主要参数的研究确定，能够提升纵轴式掘进机的截割效率，为掘进机截割头设计奠定一定的基础。
关键词掘进机截割头纵轴掘进机截割头是截割头整体组成中非常重要的一个组成部分，截割头设计的合理与否直接影响掘进机的整机性能，因此由此有必要对掘进机截割头主要参数进行深入的研究。
目前主要的截割头结构形式为球头圆锥圆柱形，这种截割头的球头圆锥部分利于掘进机的切割钻进，圆柱形部分有利于截割头卧底时浮煤的装运。
主要参数包括截割头长度、直径、锥角以及叶片的高度。
1.截割头长度截割头长度是指截割头沿其回转轴方向的长度，截割头的长度按最大外形，即截齿齿尖包络面计算，其值的大小主要影响掘进作业循环时间。
截割头长度的选择主要需要考虑工作面的煤岩硬度和节理发育，当煤岩硬度较低且节理发育较好时，可以适当加长截割头长度，以提高掘进效率；反之，则要缩短其长度。
此外，纵轴式截割头长度应略大于截深，以降低煤岩对切割臂的磨损。
2.截割头直径截割头平均直径一般简称为截割头直径，是决定掘进机生产率的首要因素。
掘进机的理论生产率可按如下公式计算：式中QT——掘进机的理论生产率，m ⁄h；λ0——煤岩的松散比；D——截割头直径，m；L——截割头长度，m；vb——摆动切割速度，m⁄min。
由上式可知，当其他条件确定时，掘进机的生产率与截割头直径成正比。
针对一特定工作面，采用大直径截割头，可减少切割循环次数，缩短切割时间，提高生产率。
式中T—截割头转矩，N∙m；P—切割功率，kW；n—切割转速，r⁄min；F—切割力（平均直径处的）。
如上式所示，切割力与切割功率成正比，与截割头直径、切割转速成反比。
所以与截割头长度参数类似的，当选用的截割头直径过大时，会降低每个截齿的切割能力，必要时，可以通过减小截割头直径来提升切割力。
纵轴式掘进机截割头参数化设计研究
纵轴式掘进机截割头参数化设计研究作者：高春芳来源：《科技创新导报》 2014年第19期高春芳(石家庄煤矿机械有限责任公司河北石家庄 050031)摘要：该文通过对纵轴式掘进机截割头参数化设计研究，提高纵轴式掘进机的截割头设计效率，完善掘进机截割头工作性能。
关键词：掘进机截割头截齿参数参数化中图分类号：TD421.5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2014)07(a)-0032-01掘进机截割头的设计重点是截齿参数，截齿参数决定截割头上每个截齿的空间姿态，截齿的空间姿态设计的合理与否直接影响掘进机截割头的性能，一般掘进机截割头上需要数十个截齿，每个截齿都需要轴向距离、切割半径、圆周角、倒角及转角五个参数，因此，截割头截齿参数设计是一项复杂繁琐的工作，通过截齿参数参数化设计可以降低设计人员工作强度，提高工作效率。
1 参数化设计研究掘进机截割头截齿参数参数化设计分三个步骤，首先，根据截齿切割原理及不同截割头外形确定每个截齿的空间姿态，即计算出截齿轴向距离、切割半径、圆周角、倒角及转角五个参数，然后根据这些参数通过自编程序软件利用三维实体软件进行自动虚拟装配，为截割头实体仿真提供建模模型，最后通过自编程序软件生成二维平面图纸，供车间加工生产使用。
纵轴式掘进机截割头截齿数据参数化设计。
根据截割头外形尺寸和截齿外形尺寸，通过编程，设计截割头截齿参数计算程序（程序界面见图1），该程序能够根据输入的相关外形尺寸自动计算截齿的空间参数，同时计算截齿齿尖包络线，并且自动计算内喷雾水孔位置坐标。
生成的相关参数自动保存，供截齿自动化虚拟装配使用。
纵轴式掘进机截割头截齿自动化虚拟装配。
由于截齿虚拟装配过程复杂，所以开发了截齿安装程序（程序界面见图2），截齿虚拟装配为了进一步检验截齿参数的合理性，同时为截割头实体仿真提供建模模型，通过虚拟装配，设计人员可以直观了解每个截齿的空间姿态，自动化虚拟装配完全省去设计人员手工定位截齿的过程，降低工作强度。
关于掘进机截割头截齿分布的研究
关于掘进机截割头截齿分布的研究魏苍栋高春芳(石家庄煤矿机械有限责任公司)摘要通过对掘进机截割头截齿功能的描述、分析，确定截齿、齿座的空间姿态3个定位角度参数。
通过截割头外形几何参数和定位角度的关系研究，确定数学公式、计算机程序，最终由计算机自动模拟仿真且输出各截齿位置参数。
关键词掘进机截割头截齿模拟仿真0引言在掘进机截割头设计中，截齿排列是一项重点内容，它包括确定截割头螺旋线头数和齿尖位置等参数，还包括决定截齿三维空间姿态的角度参数，如倒角廖、转角仅和仰角y。
这些参数关系到截齿工作性能，直接影响掘进机截割头的截割性能，关系到掘进机整机的使用效果。
1截齿及齿座安装定位将截齿及齿座安装到截割头上，齿尖位置由截齿排列参数决定，空间姿态由倒角口、转角理和仰角y决定。
安装定位过程的具体步骤是：(1)建立截割头主坐标系菇。
％‰，按照齿尖位置置入假想平面1。
如图1所示。
．一一、、，、|＼h／＼＼7面1|f图1 置入假想平面1 (2)根据倒角卢的要求，将面1以Y。
为轴“倒”一个卢角度，形成平面2，坐标系用戈：扎z：表示，如图2。
图2形成平面2图3形成平面3 (3)根据转角0[的要求，将面2以石：为轴“转”一个a角度，形成平面3，坐标系用x3Y，彳。
表示，如图3所示。
(4)根据仰角y的要求，将面3以z，为轴“仰”一个0c角度，最终确定截齿空间位置。
、在安装截齿定位过程中齿尖一直保持在设计位置上，而经过“倒”、“转”和“仰”3个步骤，即可确定截齿的空间位置。
从上面的叙述中可以看出，这种方法最显著的特点是，它的每一个步骤都可以用准确和简明的数学方法来进行描述，这不仅能使设计变得准确和直观，而且设计中所遇到繁琐的几何计算可以由计算机来自动处理。
2截齿排列由于决定截割头切削性能优劣的是截齿齿尖的排列，并且截齿座焊接也是以齿尖参数为基准，因此，截齿齿尖如何排列将是问题的关键。
2．1截线间距的确定截线间距作为两条截线间的距离，其大小直接影响截割头的破碎效果，因此，截线间距是设计截割头和进行截齿排列时要考虑的一个重要参数。
掘进机截割电机功率和截割能力之间的关系
掘进机截割电机功率和截割能力之间的关系韩飞（佳木斯煤矿机械有限公司研究院沈阳分院辽宁沈阳110001）摘要：掘进机是以截割电机的功率为型号的，本文针对掘进机的截割电机功率和截割能力之间的关系进行了一些分析。
结果表明，掘进机的截割电机功率和截割能力是不一定成正比的。
关键词：掘进机；截割电机功率；截割能力；关系Connection of Cutting electromotor power andCutting ability for part-face tunnelling machineHAN Fei(Jiamusi coal mining machinery Co., Ltd academe Liaoning Shenyang 110001)Abstract:Magnitude of part-face tunnelling machine is compartmentalized for cutting electromotor power, in view of the connection of Cutting electromotor power and Cutting ability for part-face tunnelling machine, some analyses is discussed in this paper. It is found that the rate of Cutting electromotor power and Cutting ability for part-face tunnelling machine isn’t equal.Keywords: part-face tunnelling machine;Cutting electromotor power;Cutting ability;Connection0引言随着煤岩截割硬度的增加，要求掘进机的截割能力越来越大，掘进机截割电机功率随之加大，各掘进机生产厂家也是以截割电机功率作为给机器区为大小的主要依据。
纵轴式掘进机截割方法、路线与受力分析
纵轴式掘进机截割方法、路线与受力分析摘要:随着煤矿行业的迅速发展,对掘进机的需求量也随之增多,如今掘进机的发展已由煤岩向半煤岩和岩巷的方向发展。
本文重点介绍纵轴式掘进机截割方法、路径与截割部受力分析。
关键词:掘进机截割方法受力由于整个掘进机在工作时,首先是由截割头上的截齿来完成。
在截齿进行截割时,煤或岩石带来的阻力和冲击力通过截齿传递至截割头、截割部主轴及主轴承。
由于截割头、截割部主轴以及轴承的连接均为刚性连接。
因此随着其截割岩石硬度的增大,主轴和轴承所承受的冲击载荷必然会随之增大,特别是在掘进机进行钻进工作时,整个截割头所受轴向力几乎是由截割部主轴承来承受。
1 截割方法与截割路径1.1 截割方法掘进机在开始截割时,首先应利用截割头伸缩油缸或开动行走部,使截割头切入工作面煤壁(岩壁)一定深度,然后通过机体的回转运动和截割头的升降运动,即可切割出所要求的巷道断面形状。
对于纵轴式掘进机来说,切入工作面时,主要依靠截割头的钻进,其截深可根据岩、煤性质取为略小于、等于或略大于截割头长度。
值得注意的是,在截割头钻进煤、岩壁时,推进速度不可过大,每切入一定深度后要停止推进,让旋转的截割头清理掉截落的小煤岩块,然后再继续推进机体或截割部,如此反复进行,直至达到所要求的截深为止。
1.2 截割路径一般情况下,当截割较软的煤壁时,采用左右循环向上的截割方法,当截割稍硬岩石时,可采用由下向上左右截割的方法。
无论采用哪种方法,要尽可能的利用从下而上截割方法,避免由上向下进行截割,这样极易造成机体颤动,不稳定,对紧固件和部分零部件造成损坏,而且自上向下截割,特别是遇到坚硬岩石时,会使机体大部分重量压在截割部上,这样对截割部和其轴承伤害极大。
当遇见硬岩时,不应勉强进行截割,对有部分露头硬岩时,应当先截割其周围部分,使其坠落。
2 工作时掘进机截割头部的受力根据掘进机现场工况,掘进机大部分工作是作回转截割运动,同时也存在截割头钻进运动。
掘进机截齿的优点和、排列形式和注意事项
掘进机截齿的优点、排列形式和注意事项掘进机的截齿是采矿机械的专业配件，掘进机的截齿广泛应用于各种掘进机。
根据不同的煤岩、半煤岩的设计和生产性能，需要使用不同的掘进机截齿，以满足不同客户的需要。
掘进机截齿钢体采用热处理高强度合金钢，保持高强度韧性和高耐磨性，刀头经过热等静压后选用优质硬质合金。
接下来，由山东艾德为你介绍掘进机截齿的优点、掘进机截齿的排列形式，以及掘进机截齿使用时的注意事项。
一、掘进机截齿的优点：1.使用寿命比传统截齿长1-1.5倍。
2.工作效率高，是旧截齿的2.5倍。
3.节能效益好，由于更换次数大大减少，缩短了煤机停机时间，降低了开采成本。
4.替代进口使用，艾德掘进机截齿可以替代进口掘进机截齿使用。
二、掘进机截齿的排列形式：在掘进机上应用截齿，布置形式非常关键。
无论截齿如何排列，其目的都是为了减少截齿的旋转磨损。
截齿的布置对截齿，截割头乃至整机的受力都有很大的影响，截齿的正确布置可以有效地提高掘进机的工作效率，以下两种形式是掘进机截齿布置的主要形式。
(1)纵轴截割头，截割头体是一组焊接结构。
头体上焊接有截齿座和喷嘴座，所述石英砂干燥机头设有内部喷雾通道，所述截割头通过键与主轴连接。
截割头的轮廓有四种：球形，球柱形，球锥和球锥柱四种，由于球形圆截割头的截齿比较合理，因此得到了广泛的应用。
(2)横轴截割头的头体主要是厚钢板的焊接结构或螺钉的连接结构，由左右对称的两半组成。
头体与齿座和喷嘴座焊接，头体内开一个内喷雾通道。
截割头体通过套筒联轴器与减速器的输出轴连接，起到过载保护的作用。
三、掘进机截割煤岩时的注意事项：1.当岩石硬度大于掘进机的切割能力时，应停止使用掘进机，并采取其他破岩措施，或更换更高强度的掘进机截齿。
2.根据煤岩的软硬程度掌握机器的驱动速度，避免截割电机过载或压刮板的现象。
并在切割时放下铲板，如果落煤量过大，造成过载，则必须立即停车，收回掘进机。
并对其进行处理，严禁启动和处理，以免烧毁电机或损坏液压马达。
螺旋角对切削过程的影响
螺旋角对切削过程的影响
螺旋角是指切削工具前沿与刀具轴线的夹角，通常在金属切削加工中，通过改变螺旋角的大小来影响切削力、切削温度、表面质量等切削性能参数。
具体来说，对于切削角度相同的刀具，在其他条件不变的情况下，螺旋角越小，切削力将会越小，切屑排出也更加容易。
而螺旋角过小则易引起装夹力损伤和表面质量的下降。
此外，螺旋角的大小也会对刀具的刃磨和寿命产生影响。
一般来说，螺旋角较大时，切削刃更容易被磨损，因为采取过多的磨削会使螺旋角过小，进而导致质量下降。
因此，在实际加工中，需要根据具体材料、加工要求和刀具材质等因素，综合考虑选择适合的螺旋角。
等螺旋升角截齿排列截割头截割性能研究
目 录1绪论 (1)1．1 掘进机的国内外研究现状及发展趋势 (1)1．2 研究内容及意义 (2)2截割机构上的截割载荷分析 (4)2．1截齿受力及截割头载荷计算 (4)2．1．1截齿截割煤时载荷计算 (4)2．1．2截齿截割岩石时载荷计算 (7)2．2截割头载荷计算 (9)2.3结语 (11)3等螺旋升角的截齿排列 (12)3．1截齿排列 (12)3．1．1包络面 (12)3．1．2等升角螺旋线 (12)3．1．3截齿的布置 (13)3．1．4截齿排列对比 (14)3．2等螺旋升角截齿排列的切屑图及其分析...................................................1 5 3．3结语 (18)4等螺旋升角截齿排列截割头的载荷模拟及其比较分析..........................................1 9 4．1 截割机构上载荷的模拟.....................................................................1 9 4．1．1流程图设计.................................................................................1 9 4．1．2截割不同硬度煤岩时的载荷模拟 (20)4．2不同运动参数下截割载荷的比较分析 (24)4．2．1悬臂摆动速度发生变化 (24)4．2．2截割头转速发生变化 (29)4．3结语 (33)5截割头的优化设计 (35)5．1优化模型确定原则 (35)5．2优化模型的建立 (37)5．2．1设计变量的选取 (38)5．2．2目标函数的确定 (38)5．2．3约束条件的确定 (39)5．3优化方法的选取 (41)5．3．1 MPSODE算法简介 (42)5．3．2 MPSODE的算法程序 (45)5．3．3优化结果分析 (47)5．4结语 (48)结论 (49)参考文献 (50)作者简历 (54)学位论文数据集 (56)1绪论1.1 掘进机的国内外研究现状及发展趋势我国使用巷道掘进机的历史,是从上世纪50年代初使用前苏联生产的ЛK—2M,ЛK2—1型煤巷掘进机开始的,之后又应用并仿制了ЛK—3型掘进机;60年代我国开始自行研制巷道掘进机,相继研制出了“反修I型”,“反修Ⅱ型”和“开马”型掘进机,机重大都在10 t左右,适用于f<4的断面为4~9.6m2的煤巷掘进。
截齿排布圆周角对纵轴式掘进机截割头设计性能的影响
截齿排布圆周角对纵轴式掘进机截割头设计性能的影响张梦奇【摘要】以变升角螺旋线纵轴式截割头为基础,采用三维设计结合仿真的方式,对截齿按等圆周角间距排布的QC型截割头和按不等圆周角间距排布的UC型截割头进行了设计计算.计算过程的外部参数均相同.当截割头转速为30 r/min,横向移动速度为0.04 m/s,钻入深度为截割头全长时,QC型截割头主要破岩区切屑图单元面积平均值比UC型截割头大11.7％,可获得更大的岩屑块度；且有效截齿数变动量和截割合力变动量均较小,载荷稳定性更好.仿真模拟结果表明,虽然QC型截割头制造相对复杂,但设计性能优于UC型截割头.【期刊名称】《煤矿机电》【年(卷),期】2013(000)002【总页数】5页(P19-23)【关键词】截割头;截齿排布;圆周角;截割性能【作者】张梦奇【作者单位】中国煤炭科工集团太原研究院,山西太原030006;煤矿采掘机械装备国家工程实验室,山西太原030006【正文语种】中文【中图分类】TD421.5+20 引言安装锥形截齿［1］的截割头因截齿损耗少和破岩能力强已被广泛应用于悬臂式掘进机上，对截齿的截割过程和排布形式已进行了大量研究［2-4］。
截割头外形、螺旋线特性、截齿和齿座类型、截齿排布形式是纵轴式截割头的主要设计因素，降低工作过程中产生的振动是截割头优化设计目标［5，6］之一。
本文对截齿按等圆周角间距排布的QC型截割头和截齿按不等圆周角间距排布的UC型截割头的性能特点进行分析和对比。
1 纵轴式截割头设计根据现有掘进机整机设计参数，截割头设计为圆柱、圆锥和球的组合体，螺旋线数为3［7］。
为使截割头在截入深度较大的条件下能够顺利排屑以及降低截割头大端截齿和齿座的磨损，采用变升角螺旋线形式(图1)，从圆柱体段到球体段，螺旋升角由12°逐渐增大为30°，且在球体上变化率较大。
在截割头大端减小升角，可减少岩屑沿螺旋线切线方向抛出时与截齿和齿座的磨损;在小端加大升角，有利于提高岩屑的排出速度。
截齿尺寸对纵轴式截割头截割性能的影响_吴介
Ｓｄ———截齿的后刃面磨钝 后 在 牵 引 方 向 的 投 影 面 积 ，ｍｍ２，镐 形 齿 取 １５～２０ｍｍ２。
牵引阻力
Ｆｙｉ
＝
２．５Ｆｚｉ（０．１５＋０．０００ ５６Ｐｋ） ｈ０．４
ｉ
（２）
侧向阻力
Ｆｘ ｉ＝Ｆｙ ｉｓｉｎβｉ
（３）
式中：βｉ———截齿的 安 装 轴 线 相 对 于 齿 尖 回 转 平 面 的
１２ ３５４．６６４ ８５．４７８ １１５．６６５ １８．２３８
选用步长为１°，截割头旋转两周，转速为３５ｒ／ｍｉｎ，横 摆速度为０．０４５ｍ／ｓ，岩石的接触强度为 Ｐｋ＝１ ３００ＭＰａ （对应坚固性系数ｆ＝１０）。采用４种直径不同的硬质合 金 头 截 齿 进 行 截 割 ，分 析 截 齿 尺 寸 大 小 对 截 割 头 平 均 载 荷的影响，并计算其变差系数，观察载荷的波动性。 ３．２ 模 拟 结 果 的 分 析 与 讨 论
表１ 硬质合金头直径系数 Ｋｄ Ｔａｂ．１ Ｄｉａｍｅｔｅｒ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ ｃａｒｂｉｄｅ ｈｅａｄ Ｋｄ
直 径／ｍｍ
Ｋｄ
直 径／ｍｍ
Ｋｄ
１２ １４
１．１１ １．２６
１６ ２０
１．４ １．６９
由 模 拟 载 荷 图 见 图 ４。 由 图 ４ 能 明 显 看 出 截 割 头 受 力的随机性：在截割头结构参数、运动参数及岩石 接 触 强度不变的情况下，随着截割头上安装截齿尺寸的增大， 其所受平均载荷及扭矩明显增加，这是由于采用较大截齿 截割煤岩，形成的块度大，使单个截齿的受载变大。
ＫΨＫΨ′Ｋｄ ； ｔ——— 平 均 截 线 间 距 ；
ｈｉ———第ｉ个截齿处于任意位 置 时 的 切 屑 厚 度，
采煤机螺旋滚筒截齿排列的研究
采煤机螺旋滚筒截齿排列的研究邵林波【摘要】It is impossible for a work surface of specific area in the design and manufacture of spiral drum Shearer.So when the coal shearer group was used,it was found that because of pick arrangement in-stalled was not suitable for the situation of working face coal seam geological conditions.This caused se-rious wear of cutting tooth and impact load increased.There is always phenomena of picking on alloy sheet destroyed.In order to solve this problem,a series of experimental studies of “shearer pick arrange-ment”in the field and analysis has been carried out.%设计制造螺旋滚筒式采煤机时，不可能具体针对某一地区某一工作面，这样在用采煤机组采煤时，会发现由于截齿排列安装的状况不适宜本工作面煤层地质条件而造成截齿的磨损严重，冲击载荷增大，时时有将截齿上合金片打掉的现象发生。
为解决这一问题，在现场进行了一系列“采煤机截齿排列”的实验及分析研究。
【期刊名称】《昆明冶金高等专科学校学报》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】5页(P48-51,65)【关键词】滚筒采煤机;螺旋叶片;截齿排列【作者】邵林波【作者单位】昆明冶金高等专科学校机械工程学院，云南昆明650033【正文语种】中文【中图分类】TD421.61滚筒式采煤机在圆柱形筒壳表面焊上螺旋叶片，螺旋叶片的端部按一定规律焊上齿座，齿座中固定截齿。
截齿截割角度对截割性能的影响研究
截齿截割角度对截割性能的影响研究
刘大兵;何银东
【期刊名称】《黄金科学技术》
【年(卷),期】2024(32)1
【摘要】以悬臂式掘进机为主的机械开挖是实现金属矿山连续化开采、推动智能矿山建设的重要手段,截齿截割角度是影响截齿受力情况的重要参数,从而影响掘进机掘进效率。
为了优化截齿参数,采用Rhino软件和PFC3D软件建立了截齿截割岩石模型,在对试验数据进行验证的基础上,开展了不同截割角度(45°、50°、55°、60°和65°)下截齿截割花岗岩数值模拟试验研究。
结果表明:基于PFC3D软件的截齿模拟试验具有可靠的精度,模拟试验与室内试验结果之间的相对误差分别为13.59%和16.92%。
同时,不同截割角度下截齿的受力情况不同,在55°时截齿截割角度能够得到较好的改善。
【总页数】9页(P91-99)
【作者】刘大兵;何银东
【作者单位】山东黄金矿业(莱州)有限公司三山岛金矿;紫金(长沙)工程技术有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TD85
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悬臂式掘进机截割头截齿间距对截割性能的影响
悬臂式掘进机切割头截齿间距对截割性能的影响E.Mustafa Eyyuboglu，Naci Bolukbasi摘要本文主要研究悬臂式掘进机球柱形切割头环状布置时，不同间距对截割性能的影响。
因此，本实验设计制造了两个实验用切割头，一个采取等间距布置，一个采取不等间距布置。
其中截齿不等间距布置的切割头经过了特殊的设计，以防止头部刀架发生重叠。
截齿等间距布置导致刀架头部刀架重叠，不易加工制造，因此通过实体建模和实际应用对其进行讨论。
这些切割头的切削性能测试及分析在土耳其Park Cayirhan煤矿进行。
尽管载荷平衡分析的结果预测等间距布置的截齿会有更好的截割性能，但通过对瞬时遍历速度和截割速率的测量，截齿的磨损和机械振动显示两种切割头的截割性能并无显著区别。
关键词：掘进机切割头设计环状节齿间距性能预测1.简介在切割头设计过程中首先要考虑的是减小截齿所受载荷的变化，这也将最大限度地减少切割头的振动，从而提高截割效率。
如果截齿沿整个切割头外围等间距布置，截齿所受的载荷变化将维持在最低水平。
但是，切割头端部有限的空间使得刀架不能够等间距分布。
另一方面，不同的截割条件使切割头上不同部位的截齿承受不同的截割载荷，例如：拐角处的截齿所处的截割工况较其他地方恶劣，因此将承受更大的载荷。
Hurt和MacAndrew曾提出在拐角处的截齿区域采用分度的栅格桁架以平衡截齿所受载荷。
但是，任何平均切割头截齿所受载荷的研究成果都未能在实际中得到应用。
截齿沿切割头的布置间距可分为轴向间距（S L）和周向间距（C S），如图1所示。
轴向间距是指相邻两截割线沿切割头轴向的距离，它取决于截割深度和被截割材料的可截割性。
周向间距是相邻截齿在与旋转轴垂直的方向上测得的角距。
周向间距取决于包角、切割头直径、行间距、截齿总数、刀架尺寸以及喷雾降尘所需的额外空间。
截齿间的轴向距离直接决定了截齿所能截割的断面面积，因此，截齿承受着载荷。
轴向间距对掘进机切割头性能的影响已经得到了系统的研究，并有详细的文件记录。
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ｋ Ｒ / Ｎ２ ð ｊ＝１
ｖ
图 ２㊀ 截齿排布
(５)
为截割牵引力ꎮ 截割头按顺时针方向转动ꎬ 水平移 动过程中ꎬ各截齿均会以工作状态和非工作状态在 的循环规律ꎮ 当截齿排布形式合理时ꎬ 在截割头旋 转一周过程中ꎬ处于工作状态截齿数量基本恒定ꎬ旋 转截割合力的波动幅度相对较小ꎬ 与截割牵引力合 成后所形成的截割载荷稳定ꎮ 旋转截割合力 Ｆ ｃ 和 截割载荷 Ｆ 计算公式为
㊀ 第 ４１ 卷第 １２ 期
㊀ ２０１３ 年 １２ 月
Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
煤炭科学技术
Ｖｏｌ������ ４１㊀ Ｎｏ������ １２㊀ Ｄｅｃ.㊀ ２０１３㊀
截齿排布螺旋线对纵向截割头性能的影响
(１������ 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司ꎬ山西 太原㊀ ０３０００６ꎻ２������ 煤矿采掘机械装备国家工程实验室ꎬ山西 太原㊀ ０３０００６)
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ Ｐｉｃｋ Ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｆｏｒ Ｓｐｉｒａｌ Ｌｉｎｅ ｏｎ Ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ Ｃｕｔｔｉｎｇ Ｈｅａｄ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ＺＨＡＮＧ Ｍｅｎｇ￣ｑｉ １ꎬ２
２.Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｆｏｒ Ｃｏａｌ Ｍｉｎｉｎｇ ＭａｃｈｉｎｅｒｙꎬＴａｉｙｕａｎ㊀ ０３０００６ꎬＣｈｉｎａ)
３６０ʎ 区间内交替出现ꎬ 并在各转动周期中保持一定
螺旋线数量和螺旋升角对纵向截割头性能的影响ꎬ
图 １㊀ 各截割头在不同几何体特征范围所对应的螺旋升角
用截割头处于稳定工作阶段旋转 ３ 周后ꎬ 各截齿转 动系的平均值 ｋ Ｒ 作为分析评价指标ꎮ ８５
２０１３ 年第 １２ 期
煤炭科学技术
第 ４１ 卷
式中:ｊ 为切屑单元序号ꎻＮ ２ 为切屑单元总数ꎮ
ｋＲ ＝
引用格式:张梦奇. 截齿排布螺旋线对纵向截割头性能的影响[ Ｊ] . 煤炭科学技术ꎬ２０１３ꎬ４１(１２) :８４－８８.
) ꎬ男ꎬ山西大同人ꎬ工程师ꎬ工程硕士ꎮ Ｔｅｌ:０３５１－７６８５０１１ꎬＥ－ｍａｉｌ:ｄｒｅａｍｃｉ������ ｃｈｉｎａ＠ ｇｍａｉｌ������ ｃｏｍ
８４
张梦奇:截齿排布螺旋线对纵向截割头性能的影响
张㊀ 梦㊀ 奇１ꎬ２
摘㊀ 要:为研究螺旋线数量及对应的螺旋升角对纵向截割头性能的影响ꎬ 在相同截割头基体上ꎬ 根据 螺旋线计算公式设计了 ２㊁３㊁４ 头螺旋线和相应螺旋升角的截割头ꎬ 并按一线一齿进行了截齿排布设 计和三维建模ꎮ 通过对截齿切屑图的研究ꎬ提出了截齿转动系数的定义及计算方法ꎬ并介绍了截齿转 动系数和截割载荷在截割头性能分析中的应用ꎮ 对 ３ 种纵向截割头性能分析的结果显示ꎬ 采用 ３ 头 螺旋线的截割头性能优于 ２ 头和 ４ 头螺旋线的截割头ꎮ 在破岩效果方面表现为工作适应性强ꎻ 水平 移动速度低于 ０������ １ ｍ / ｓꎻ转速为 ２０ ~ ７０ ｒ / ｍｉｎ 时ꎬ截齿工作性能良好ꎮ 在破岩能力方面表现为工作载 荷稳定ꎬ截割载荷平均值最大ꎬ变差系数最小ꎮ 关键词:截割头ꎻ截齿排布ꎻ螺旋升角ꎻ螺旋线数量ꎻ截齿转动系数ꎻ性能分析 中图分类号:ＴＤ４２１㊀ ㊀ ㊀ 文献标志码:Ａ㊀ ㊀ ㊀ 文章编号:０２５３ － ２３３６(２０１３)１２ － ００８４ － ０５
破岩能力
ꎬ截割功率㊁截割牵引力和截齿排布形式决定 ꎮ 由圆柱㊁圆锥㊁ 球体特征组成的纵向
ห้องสมุดไป่ตู้
截割头ꎬ截齿排布形式主要受螺旋线类型㊁截线间距
收稿日期:２０１３－０６－１３ꎻ责任编辑:赵㊀ 瑞 作者简介:张梦奇 ( １９８０ 基金项目:国家高技术研究发展计划(８６３ 计划) 资助项目(２０１２ＡＡ０６Ａ４０５)
式中:Ｒ ｇ 为截齿排布半径ꎬｍꎻ ｉ 为截齿序号ꎻ Ｎ １ 为截 割头上齿数总数ꎮ
截割头 编号 １ ２ ３ 螺旋线 数量 / 头 ２ ３ ４
(４)
表 １㊀ 截割头基本设计参数
螺旋升 角 / ( ʎ) １ ０１７ ７４０ ５７８ 螺旋线 长度 / ｍｍ ５ ７６９ ４ ４０２ ３ ６００ 齿尖最小排 布半径 / ｍｍ ６０������ １ ６０������ ６ ５４������ ０ Ｄａ / ｍｍ
２０１３ 年第 １２ 期
１㊀ 截割头螺旋线设计及建模
㊀ ㊀ １) 螺旋线参数方程ꎮ 螺旋线是截齿排布设计 时齿尖所在的空间曲线ꎬ 其螺旋升角 ε 是通过螺旋 割头通常由圆柱㊁ 圆锥㊁ 球体构成ꎬ 各特征段内及特 征过渡处的 ε 连续变化ꎬ其参数方程如下
[９－１０]
多而增大ꎮ
㊀ ㊀ ３) 截齿排布参数及截割头建模ꎮ 为使研究内 容具有可比性ꎬ１ 号㊁２ 号㊁３ 号截割头截线间距均设 定为 ２５ ｍｍꎬ 并采用一线一齿排布截齿ꎮ ３ 种截割 头基本设计参数见表 １ꎬ 其中截割头平均直径 Ｄ ａ 为 截割头绕其轴线转动时ꎬ 截齿齿尖所形成轨迹圆直 径的平均值ꎮ Ｄ ａ ＝ ２ ð Ｒ ｇ( ｉ ) / Ｎ １
(１.Ｔａｉｙｕａｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａ Ｃｏａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ. ꎬＬｔｄ. ꎬＴａｉｙｕａｎ㊀ ０３０００６ꎬＣｈｉｎａꎻ
Ａｂｓｔｒａｃｔ :Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｕｎｔ ｏｆ ｓｐｉｒａｌ ｌｉｎｅ ａｎｄ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｇｌｅ ｏｎ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅꎬｔｈｒｅｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄｓ ｗｉｔｈ ２ꎬ３ꎬ４ ｓｐｉｒａｌ ｌｉｎｅｓ ａｎｄ ｉｔｓ ｈｅｌｉｃａｌ ａｎｇｌｅ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄ ｂｏｄｙ ｂｙ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｈｅｌｉｘꎬｗｉｔｈ ｗｈｉｃｈ ｐｉｃｋ ａｒ￣ ｒａｎｇｅｍｅｎｔ ｗｅｒｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ３Ｄ ｍｏｄｅｌｉｎｇ ａｒｅ ｂｕｉｌｔ ｃｏｍｐｌｙ ｗｉｔｈ ｏｎｅ ｐｉｃｋ ｏｎ ｏｎｅ ｌｉｎｅ.Ｂｙ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｐｉｃｋ ｐａｔｔｅｒｎꎬｔｈｅ ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｃｋ ｒｏｔａ￣ ｈｅａｄ ｗａｓ ｓｕｐｅｒｉｏｒ ｔｏ ｏｔｈｅｒ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄｓ.Ｉｔ ｗａｓ ａｄａｐｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｒｏｃｋ ｆｒａｇｍｅｎｔａｔｉｏｎꎬａｎｄ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｗｏｒｋ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ ｏｆ ｍｏｖｅ￣ ｃｕｔｔｉｎｇ ｌｏａｄ ｗａｓ ｍａｘｉｍｕｍ ａｎｄ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗａｓ ｍｉｎｉｍｕｍ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ: ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄꎻｐｉｃｋ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔꎻｈｅｌｉｃａｌ ａｎｇｌｅꎻｃｏｕｎｔ ｏｆ ｓｐｉｒａｌ ｌｉｎｅꎻｐｉｃｋ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔꎻｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｗｅｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄꎬａｎｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｐｉｃｋ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ａｎｄ ｃｕｔｔｉｎｇ ｌｏａｄ ｔｏ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｗｅｒｅ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ.Ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｒｅｅ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｃｕｔｔｉｎｇ ｈｅａｄ ｄｉｓｐｌａｙ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｈｅｌｉｘｅｓ ｃｕｔｔｉｎｇ ｍｅｎｔ ｓｐｅｅｄ ｗａｓ ｌｏｗｅｒ ｔｈａｎ ０.１ ｍ / ｓꎬｓｐｅｅｄ ｏｆ ｒｏｔａｔｉｏｎ ｗａｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ２０ ~ ７０ ｒ / ｍｉｎ.Ｉｔｓ ｗｏｒｋｉｎｇ ｌｏａｄ ｗａｓ ｓｔｅａｄｙ ｉｎ ｒｏｃｋ ｂｒｅａｋｉｎｇꎬａｖｅｒａｇｅ ｏｆ
０㊀ 引㊀ ㊀ 言
㊀ ㊀ 截齿按照一定螺旋线形式排布在截割头体表 面ꎬ当截齿合金头材质与被截割岩石的机械特性相 匹配时ꎬ 截 割 头 水 平 移 动 速 度 和 转 速 决 定 破 岩 效 果
[１－２] [３－４]
和齿线制的控制ꎬ 并兼顾齿座间无干涉㊁ 可焊接ꎬ 截 齿可拆装原则ꎬ其中螺旋线类型由螺旋头数量和螺 旋升角共同决定ꎮ 为研究螺旋线类型对纵向截割头 性能的影响ꎬ笔者在同一种截割头基体上ꎬ按照相同 截线间距和齿线制设计并建立了不同螺旋头数量和 螺旋升角的 ３ 种截割头模型ꎬ并用截齿转动系数㊁截 割载荷作为量化指标 [５－８] 对截割头性能进行综合分 析比较ꎮ
ｉ＝１ ｕ
线一点的圆截面切线与螺旋线切线的夹角ꎮ 纵向截 ìｘ １ ＝ ｒｃｏｓ θ ï ï (１) íｙ １ ＝ ｒｓｉｎ θ ï ïｚ ＝ ｒθｔａｎ ε î１ θｓｉｎ ψｔａｎ ε ＝ ì ïｘ ２ ρｃｏｓ θｅ ï θｓｉｎ ψｔａｎ ε (２) íｙ ２ ＝ ρｓｉｎ θｅ ï ïｚ ＝ ρｃｏｔ ψｅ θｓｉｎ ψｔａｎ ε î２ ＝ ＋ ２ － ２θｔａｎ ε ) ｃｏｓ θＡｅ －θｔａｎ ε ì ïｘ ２ ２ｒ / (１ Ａ ｅ ï ２ － ２θｔａｎ ε ) ｓｉｎ θＡｅ －θｔａｎ ε (３) íｙ ２ ＝ ２ｒ / (１ ＋ Ａ ｅ ï ïｚ ＝ (１ － Ａ２ ｅ － ２θｔａｎ ε ) ｒ / (１ ＋ Ａ２ ｅ － ２θｔａｎ ε ) î２ ㊀ ㊀ 其中: ｘ １ ㊁ ｙ １ ㊁ ｚ １ 为圆柱段螺旋线坐标ꎻ ｘ ２ ㊁ ｙ ２ ㊁ ｚ ２ ꎮ
７６１������ ４ ７６１������ １ ７６０������ ３
㊀ ㊀ 注:３ 个截割头截齿数量均为 ４８ 个ꎻ 最大布齿高度均为 １ ００５������ ６ ｍｍꎻ截线间距均为 ２５ ｍｍꎻ齿尖最大排布半径均为 ４８５ ｍｍꎮ
为圆锥段螺旋线坐标ꎻ ｘ ３ ㊁ ｙ ３ ㊁ ｚ ３ 为球体段螺旋线坐 标ꎻｒ 为螺旋线某点的回转半径ꎬｍꎻ θ 为螺旋线某点 径ꎬｍꎻψ 为半锥顶角ꎬｒａｄꎻ Ａ 为常数ꎮ 通过式 ( １) 对应的圆周角ꎬｒａｄꎻ ε 为螺旋升角ꎬｒａｄꎻ ρ 为圆锥极 式(３) ꎬ以 θ 为自变量ꎬ 按照螺旋头数量改变 θ 的初 在不同几何体特征范围内ꎬ 当螺旋升角 ε 随 θ 按一 定规律变化时ꎬ即可得到变升角螺旋线ꎮ ㊀ ㊀ ２) 螺旋线数量与螺旋升角设计参数ꎮ 为研究 在相同截割头基体上分别对 ２㊁３㊁４ 头螺旋线所对应 的螺旋升角进行设计验算ꎬ并对应命名为 １ 号㊁２ 号 和 ３ 号截割头ꎮ 设计过程中ꎬ 为使截齿排布趋于均 匀ꎬ采用了变升角螺旋线ꎬ并充分考虑到各齿座无干 涉㊁可焊接的要求ꎬ最终确定了各截割头在不同几何 计结果显示ꎬ螺旋升角设计参数随螺旋线数量的增 体特征范围所对应的螺旋升角设计参数( 图 １) ꎮ 设 始相位ꎬ可以计算出截割头各螺旋线的参数表达式ꎮ